Способ управления процессом обжигасырьевой смеси bo вращающейся печи

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (п1796635 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 25.12.78 (2t) 2701413/29-33 с присоединением заявки № (23) П риоритет

Опубликовано 15.0l.8l. Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания l8.0l.8l (51)М. Кл. 27 В 19/00

Геоударотванный комитет

СССР до делам изобретений и открытий (53) УДК 66.04l.

9 (088.8) (72) Автор изобретения

А. И. Блитштейн (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЖИГА

СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ВО ВРАШАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

Изобретение относится к управлению технологическими процессами и может быть использовано при разработке и усовершенствовании технологических линий производства керамических спеков, осуществляемого с использованием вращающихся печей.

Известен способ автоматического управления обжигом цементного клинкера во вращающейся печи, предусматривающей определение положения точки критической влажности, регулирования тяги. и топлива и определение состояния эоны спекания (1). При этом для повышения эффективности работы печи стабилизируют температуру зоны спекания и положение точки критической влажности материала во вращающейся печи.

Однако такой способ не стабилизирует наполнение печи материалом по зонам и не учитывает периодическое изменение степени наполнения печи изза наслоений материала в зоне сушки и грануляции.

Известен также другой способ управления процессом обжига сырьевой смеси во вращающейся печи, включающий измерение плотности сырьевой смеси и изменение скорости вытяжки отходяшчх газов з и подачи сырьевой смеси(21. В нем осуществляется управление расходом топлива в печи и управление расходом отходящих газов в зависимости от влажности материала на выходе иэ эоны сушки печи. 4 Стабилизация влажности приводит к стабилизации грансостава наполнения печи и стабилизации температуры обжига сьтрьевой смеси.

Однако способ не стабилизирует процесс в случае, если возникают периодические наслоения сырьевой смеси на выходе зоны сушки при обжиге керамических спеков> нарушающие стабилизацию гранз4 состава. Периодическое нарушение грансостава снижает точность контроля плотности гранулообразного материала.

Цель — обеспечение стабилизации гранулометрического состава готового продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления процессом обжига сырьевой смеси во вращающейся печи, включающем измерение плотности сырьевой смеси и измерение скорости 5 вытяжки отходящих газов и подачи сырьевой смеси, дополнительно измеряют весовой выход готовой продукции, скорость вращения печи, расход сырьевой смеси и плотность спека и на основе измеренных плотности сырьевой смеси, скорости вращения печи и расхода сырьевой смеси вычисляют ожидаемый весовой выход готового продукта, а измерение скорости вытяжки отходящих газов осуществ15 ляю-. в зависимости от разности между измеренным и ожидаемым весовыми выхо дами готового продукта и от измереннои плотности спека до наступления наслоения в зоне сушки печи. Измерение подачи сырьевой смеси осуществляют в обратнопропорциональной зависимости от измерен-. ной плотности сцека.

На фиг. l показана схема связи элементов устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - зона сушки и гранулообразования печи, поперечный и продольный разрезы.

Схема устройства включает вращающуюся печь 1, датчик 2 плотности со схемой усреднения и выработки звена отклонения от среднего значения, датчик 3 весового выхода со схемой усреднения и времязада:ощим устройством, блок 4 сравнения измеренного и ожидаемого выхода спека, 35 блок 5 выработки управляющего воздействия, блок 6 расчета выхода спека, тахогенератор 7, датчик 8 плотности сырьевой смеси,, датчик 9 расхода сырьевой смеси, металлический корпус печи 10 4й футеровку 3.l, поток материала l2 грану ообразного, поток материала l3 комкообразного„наслоения l 4 материала, материал в жидком состоянии 15.

Способ осуществляется следующим образом.

Сырцевая смесь в виде водной суспенэии подается во вращающуюся печь 1.

Информация о количестве загружаемого gl в печь l материала с выхода датчика 9 расхода сырьевой смеси поступает на первый вход блока 6 расчета выхода спека.

На второй вход этого блока с выхода датчика 8 плотности поступает информация у о плотности сырьевого материала, которая зависит в основном от соотношения . твердой фазы и воды в смеси, т.е. от ее влажнссти. С выхода тахогенератора 7, соединенного с приводом печи, на третий вход .блока 6 поступает информация о скорости вращения печи. На основании последней информации и с использованием математической модели блок 6 вырабатывает сигнал, соответствующий ожидаемому выходу спека из печи l. Для компенсации возмущений, действующих на

Ъ процесс, используется контур управления, в состав которого входит также датчик выходного параметра, в данном случае, плотности спека 2. Качество компенсации возмущений зависит от точности измерения плотности спека. В свою очередь на точность измерения плотности спека существенно влияет стабильность в грану лометрическом (фракционном) составе продукта на выходе печи l. Ha входе вращающейся печи l часть ее внутренней поверхности не имеет теплоизолирующей и огнеупорной футеровки 1.l и за счет этого внутренний диаметр rre D здесь увеличен до D< . В первой половине этой части печи происходит в основном обезвоживание сырьевой смеси, завершающееся переходом ее из жидкого состояния 15 в комкообразное 1.3 (зона сушки) .

Во второй половине происходит в основном гранулообразование (зона гранулообразования). При нормальном течении процесса в зоне гранулообразования формируется предварительно гранулометрический состав,,включающий комья разме ром до 200 мм. Однако при вращении печи гранулы размером, большим чем высота Н потока l2 (см. фиг. 2), на входе в последующую зону печи, имеющую меньший внутренний диаметр, отталкиваются кромкой футеровки 11 и остаются в зоне гранулообразования до разрушения от ударов о корпус печи. Во время дальнейшего перемещения вдоль печи процессы образования новых фракций за счет раскалывания или слипакия гранул про- исходят незначительно. Таким образом, в спековых печах формирование фракционного состава продукта на выходе печи происходит в основном в зоне гранулообразования.

В силу прохождения случайных процессов, таких как испарение воды из сырьевого резервуара, ошибки в определении влажности сырья и т.п., влажность сырьевой смеси может несколько измениться. При повышенной влажности комья потока материала l3, поступаюmего на границу зон сушки и гранулообразования, начинают налипать иа внут796635 реннюю поверхность металлического корпуса 10 печи l. Образуются кольцеобразные наслоения l4, снижающие прохождение потока. Частота появления наслоений может меняться в зависимости от степени близости значения влажности сырьевой смеси к некоторому критическому .значению ;при котором весь посту- ° ающий материал наслаивается и процесс гранулообразования нарушается. Чем мень-1ц ше влажность поступающей в печь сырьевой смеси и чем дальше ее значение OT критического, тем реже образуются наслоения и тем стабильнее процесс гранулообразования. По мере роста наслое-1 ний 14 поток гранулообразного материала l2 в зоне гранулообраэования и в последующих зонах постепенно обедняется. Его высота Н уменьшается. Этим изменяется режим гранулообразования, что приводит к изменению грансостава готового продукта на выходе печи. Изменение гранулометрии в направлении уменьшения состава крупных фракций приводит, в свою очередь к занижению значения плот- 1 ности (при равной степени спекания).

Снижение значения плотности относительно среднего является одним иэ признаков появления наслоения в зоне сушки печи. Однако изменение значения плотнот сти спека возможно также в связи с увеличением степени спекания, поэтому вышеупомянутый признак образования наслоений является недостаточным.

В естественном ходе процесса израс- 35 таяне наслоений l4 может продолжаться до некоторого неравновесного состояния. при котором происходит самопроизвольное их разрушение. Обмотки наслоений, а также материал, скопившийся перед ними, 49 резко увеличивают высоту Н потоков l2 ,и 13 в зоне гранулообразования.

Гфанулометрический состав продукта, содержащий также и обломки наслоений, is вновь меняется из-эа новых изменений режима гранулообразоваиия. На выходе печи иэ-оа попадания в пробу крупных гранул н обломков наслоений измеренные значения плотности оказываются завышенными и измерение неустойчивым.

Образование и рост наслоений в зоне сушки и гранулообразования печи оказывает влияние также и на весовой выход спека. Снижение весового выхода спека может являться вторым признаком появления наслоений.

Определение весового выхода мате- . риала предполагает проведение процесса

6 измерения массы продукта в единицу времени в условиях повышенной запыленности и температуры на горячем спеке у выхода печи. Поэтому частоту измерения весового выхода целесообразно выбирать минимальной. Выбор частоты измерения весового выхода, с целью определения на ала образования наслоений, можно осуществить в зависимости от частоты их появлений. По информации о влажности сырьевой смеси, получаемой от датчика 8 плотности, оценивают возможную частоту появления наслоений и определяют оптимальную частоту измерения весового выхода готового продукта.

Значение частоты измерения вводят во времяэадающее устройство датчика 3 весового выхода спека. Однако изменение весового выхода спека относительно ожидаемого значения озможно не только из-аа образования наслоений. Некоторое . снижение выхода может возникнуть также в связи с неравномерностью потока, возникшей в средних зонах печи из-аа износа внутренней поверхности печи. Изменение весового выхода по этой причине может достигать 5% от среднего значения этого параметра.

Третьим признаком появления наслоений может служить превышение абсолютного значения разности измеренного и ожидаемого выхода спека 5%ной величины весового выхода спека.

Укаэанных трех признаков достаточно для определения факта появления наслоений в зоне сушки печи. Все три признака проявляются на выходе печи с запаздыванием около l ч. За этот промежуток времени условия гранулообразования нес колько изменяются и погрешность, внесенная в результат измерения плотности, примет крайнее допустимое значение.

Схема (фиг.1) срабатывает следующим образом.

Сигнал, соответствующий знаку изменения плотности, со второго выхода датчика 2 плотности поступает на верхний вход блока 5 выработки управляющего воздействия. Сигнал, соответствующий измеренному значению весового выхода спека, поступает на первый вход бло-, ка 4 сравнения измеренного и ожидаемого выхода спека, на второй вход которого с первого выхода блока 6 расчета выхода спека поступает сигнал, соответствующий ожидаемому выходу спека. В результате обработки информации блоком 4 с первого его выхода на второй вход блока 5 поступает информационный сырьевой смеси. В этом случае возникают условия для выдувания из печи материала более крупных фракций и резкие скачки в наполнении материалом зоны гранулообразования, влияющие на условия гранулообразования.

Увеличение упомянутого промежутка времени более, чем на 5 мин может неоправданно растянуть время стабилизации наполнения материалом зоны гранулообразования и снизить за счет этого точность измерения плотности продукта.

Уменьшение количества подаваемой в зону сушки печи сырьевой смеси должно соответствовать избытку материала, образовавшемуся при разрушении наслоений, а также скопившемуся перед наслоениями. причем часть избыточного материала распределяется в объеме, который образовался в результате обеднения потока после наслоений из-за задержки поступэ ления в него гранул материала. Точно учесть указанные объемы невозможно.

Определение производится опытным путем с достаточной степенью приближения. Практически снижение подачи сырьевой смеси должно составлять около 20% от среднего значения на указанный период времени 5 мин.

Увеличение соскорости вытяжки отходящих газов и уменьшением подачи сырьевой смеси наиболее целесообразно управлять по заранее установленной программе, включающей в себя одновременное изменение значений этих параметров на указанные величины, пятиминутную выдержку и последующее возвращение к прежним значениям.

Осуществление такой программы предусматривается схемой блока 5 выработки управляющих воздействий. Управляющие сигналы в соответствии с вышеуказанной программой с выхода этого блока поступают на входы исполнительных механизмов регулирования скорости вытяжки отходящих газов и расхода сырьевой смеси (исполнительные механизмы на схеме фиг. 4. не показаны). В результате программного изменения указанных па— раметров наполнение материалом зоны сушки и гранулообразования печи в значительной степени стабилизируется, и на этой основе стабилизируется гранулометрический состав продукта.

Способ управления процессом обжига сырьевой cMf си во врашаюшейся печи, 7 796635 сигнал, соответствующий знаку изменения разности измеренного и ожидаемого значений выхода. Со второго выхода блока 4 на третий вход блока 5 поступает сигнал, соответствующий абсолютному 5 значению упомянутой разности. Блок 4 обрабатывает полученную информацию для принятия действий по снижению влияния помех на определение плотности спека. о

Снизить влияние описанного возмущения на процесс спекания возможно, если принудительно разрушить наслоения материала в зоне сушки в начале их образования, не допуская роста наслоений, скопления обезвоженной сырьевой смеси до них и обеднения потока материала в зоне гранулообразования. Для этого можно или уменьшить количество подаваемой в печь влажной сырьевой смеси, или увеличить ?о скорость вытяжки отходящих газов, или повысить их температуру.

Применение последнего из указанных решений не является целесообразным.

Повышение температуры отходящих газов могло бы быть произведено за счет увеличения подачи топлива на форсунке с целью разрушения наслоений. Но это действие одновременно может привести к нарушению теплового режима в зоне спекания и повышению плотности спека относительно заданного значения, т.е. к потере качества продукции.

Уменьшение подачи влажной сырьевой смеси в зону сушки способствует высу- з5 шиванию материала, но вместе с тем увеличивает изменение высоты потока материала в печи, которая создает помехи измерению плотности на достаточно большой промежуток времени, последую- 49 щий после разрушения наслоений.

Наиболее целесообразным является некоторое увеличеш."е скорости вытяжки отходящих газов, например на 10«12% относительно среднего значения, рав- 4s ного 7м /мин на период времени, равный 5 мин. Это приводит к интенсивному высушиванию и разрушению наслоений. Одновременно уменьшают количество подаваемой в зону сушки печи сырьевой у смеси на тот же период времени, с целью устранения возмущений процесса обжига, вызванных избыточным количеством материала. Указанный промежуток времени является оптимальным, так как сокраще ние времени высушивания и стабилизации режима гранулирования вызывает необходимость увеличения скорости вытяжки отходящих газов и снижения подачи

Формула изобретения

9 796635 ю.

Включающий измерение плотности сь|рье- ренным и ожидаемым весовыми выходавой смеси и изменение скорости вытяж- ми готового продукта н от измеренной ки отходящих газов и подачи сырьевой плотности спеха до наступления наслоесмеси, отличающийся тем, ния в зоне сушки печи и изменение подачто, с целью обеспечения стабилизации чи сырьевой смеси осуществляют в обрат гранулометрического состава готового но пропорциональной зависимости от изпродукта, дополнительно измеряют васо- меренной плотности спека, вой выход готового продукта, скорость вращения печи, расход сырьевой смеси Источники информации, и плотность спека и на основе измеренных щ принятые во Внимание при экспертизе плотности сырьевой смеси, скорости 4.. Авторское свидетельство СССР вращения печи и расхода сырьевой сме- № 330326, кл. Р 27 В 19/00, 3.972. си, вычисляют ожидаемый весовой выход 2. Авторское свидетельство СССР готового продукта, а изменение ск"рости № 442357, кл.F 27 В 19/00, 1975

Вытяжки отходящих гаэоВ ос JlllecTBJI5Bor В f5 (llpoTOTHII) е в зависимости от разности между изме- 19/00, 1975.

796635

Фиг, g

Тираж рр ктор + 66699 уйарственного одписное

113035 Р и откр по а аМ a 6 e o OMHTera СP

Патент» наб., д 4/5

Ужгород

Проектная, 4 едактор А,деж тавнтель ежннна Ге ° Алекперов

Заказ 9755у креп М. Г

56 . Таба ков и о е

° Демчик